Tesis > Documento


Ver el documento (formato PDF)   Clemente, Marina.  "Análisis de los polimorfismos para el largo de los fragmentos de restricción de ADN en Dichroplus elongatus y Eyprepocnemis plorans (Orthoptera) y su relación con la evolución de los cromosomas B"  (1999)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
URL:
     
Resumen:
Los insectos ortópteros ofrecen excelentes oportunidades para estudiar diferentes aspectos de la genética de poblaciones, tales como la divergencia genética, flujo génico, introgresión, selección natural y adaptación. El estudio de la evolución paralela entre ADN genómico, ADN extracromosómico (ADN mitocondrial) y cromosomas supemumerarios o B permite evaluar la importancia relativa de las diferentes fuerzas evolutivas sobre la variabilidad genética y cromosómica. Entre los insectos, Dichroplus elongatus y Eyprepocnemis plorans constituyen excelentes modelos para este tipo de estudio ya que en poblaciones naturales de estas especies se detectaron polimorfismos para cromosomas B aparentemente estables. Sin embargo, los mecanismos de mantenimiento de estos cromosomas parece diferir entre estas especies. Mientras que en E. plorans el mantenimiento de los cromosomas B se apoya sobre las bases de un modelo cercano a la neutralidad, en D. elongarus los resultados previos sugieren un posible efecto selectivo. D. elongatus es un saltamontes fitófago que se distribuye ampliamente en la Argentina. Las poblaciones argentinas de esta especie se caracterizan por presentar polimorfismos paralelos para cromosomas B y segmentos supernumerarios en los pares S10 (SS10), S9 (SS9) y M6 (SS6). Estudios cromosómicos previos revelaron que algunas poblaciones naturales de la provincia de Tucumán presentan polimorfismos para cromosomas B que afectan la condición de quiasmas y comprometerían la fertilidad de los portadores. Asimismo, se detectó interacción entre las distintas formas de heterocromatina. Esta interacción podría afectar los patrones de distribución de los polimorfismos con respecto a lo esperado por el azar. Estudios isoenzimáticos y citogenétícos previos demostraron que los B y dos loci alozímicos estuvieron asociados a variables geográficas o climáticas. Estas observaciones han abierto nuevos interrogantes acerca de los mecanismos de mantenimiento de las diferentes formas de heterocromatina supemumeraria en D. elongatus y cual es la importancia relativa de las diferentes fuerzas evolutivas sobre la diferenciación genética en esta especie. Se analizó la variación genética de D. elongatus a nivel del ADN mitocondrial (ADNmt), con un enfoque filogeográfico. Mediante la técnica de RFLP (polimorfismos para la longitud de fragmentos de restricción) se estudiaron 171 individuos provenientes de poblaciones cromosómicamente polimórficas localizadas en las regiones Noroeste y Este de Argentina pertenecientes a las provincias biogeográficas: Las Yungas, Espinal y Pampeana. Las 10 enzimas de restricción utilizadas generaron 59 fragmentos de ADNmt. Se detectaron polimorfismos para los fragmentos producidos por HindIII, HaeII y HinfI. El número de substituciones por sitio entre pares de haplotipos varió entre 0.65 y 3.84%. El fenograrna obtenido por el método de Neigbor-Joining (empleando el número de sustituciones nucleotídicas por sitio) mostró dos grupos principales: uno agrupa a los haplotipos propios de la región Este y el otro agrupa a los haplotipos presentes en la región Noroeste. El árbol filogenético de consenso entre haplotipos mitocondriales permitió postular al haplotipo ancestral. Este ocupa el centro de la red y de él habrian derivado los dos grupos principales de haplotipos (Noroeste y Este). El dendrograma de la divergencia nucleotídica entre poblaciones mostró un agrupamiento de las poblaciones de acuerdo con su distribución geográfica. El grado de heterogeneidad del ADNmt entre las poblaciones de las regiones del Noroeste y Este fueron altamente significativo. Dentro de la región Este se observó homogeneidad entre las poblaciones pertenecientes a la provincia biogeográfica del Espinal, pero heterogeneidad entre las pertenecientes a la provincia biogeográfica Pampeana. Se observó también heterogeneidad significativa entre diferentes zonas de la provincia de Las Yungas (región Noroeste). Estos resultados sugieren que los patrones de distribución del ADNmt en D. elongatus podrian deberse: l) Aislamiento por distancia entre las provincias biogeográficas y 2) Factores ecológicos dentro de las mismas. Se estudió la variación en el ADNr en las mismas poblaciones analizadas a nivel del ADNmt de D. elongatus con el fin de comparar los patrones de distribución detectada a ambos niveles y evaluar las diferentes fuerzas evolutivas asociadas a la diferenciación genética detectada, incluyendo, en el caso del ADNr, la importancia relativa de la evolución concertada. Se analizaron a través de RFLP, 156 individuos de las 13 poblaciones. Se utilizó una sonda de 0.8kb del espaciador no transcripto (NTS) del saltamontes Calediu captiva. Se analizaron los patrones de restricción producidos por cinco enzimas (BamHI, EcoRI, PstI, HindIII y XbaI) detectándose un total de 21 fragmentos. Todos ellos, excepto los de BamHI, mostraron variación intra e interpoblacional. PstI reveló tres fragmentos cuya combinación originó cinco patrones ampliamente distribuidos. HindIII produjo 5 fragmentos, que originaron 10 patrones, algunos de los cuales son privados de Las Yungas. Las digestiones con XbaI produjeron 2 fragmentos, uno de ellos polimórfico. El mayor número de bandas y los tamaños más pequeños se produjeron al digerir el ADN con EcoRI donde se encontraron 9 bandas. Se analizó la variación intrapoblacional e interpoblacional a través de los indices de distancia: i) Lynch (1990), basado en la presencia y ausencia de bandas y ii) Hedrick (1983), empleando la intensidad de las bandas. Las poblaciones que presentaron mayor variabilidad intraindividual e intrapoblacional pertenecen a Las Yungas. Los árboles obtenidos por Neighbor-Joining a partir de los índices de Lynch y Hedrick son muy semejantes y evidencian dos grandes grupos. El primero de ellos reúne a la mayoría de las poblaciones de la provincia Pampeana, a las de la región sudeste de Las Yungas y una población del Espinal. El otro nuclea al resto de las poblaciones del Espinal y la población restante de la provincia Pampeana. Un rasgo interesante es la alta distancia genética entre las poblaciones de la región oeste de Las Yungas entre sí y con respecto al resto de las poblaciones. El alto nivel de variación intraindividual, intra e interpoblacional implicaría que los mecanismos de evolución concertada serian poco eficientes en esta especie. Los patrones de distribución del ADNr no se corresponden con los hallados para el ADNmt sugiriendo que la deriva y la migración no podrían explicar por sí solas la variabilidad detectada para el ADNr, similarmente a lo encontrado para la heterocromatina supemumeraria, sugiriendo la posibilidad de que existan factores adaptativos que podrían afectar la variación de la heterocromatina supemumeraria y del ADNr limitando los efectos de los factores estocásticos. E. plorans se distribuye a lo largo de la costa mediterránea en Europa. En el sur de España las poblaciones naturales presentan un complejo polimorfismo para cromosomas B. Se han identificado hasta cuarenta tipos de cromosomas B, los cuales no solamente se generan por recombinación sino también como consecuencia de una alta tasa de mutación. El número de tipos de B predominante en las poblaciones naturales de E. plorans es comparativamente bajo pero es marcado el hecho de que cada uno de ellos dominan en diferentes regiones a lo largo de la costa sur de España. Se propuso a B1 como el tipo original. A este cromosoma lo reemplazó B2 en la provincia de Granada y este de Málaga, mientras que B5 lo hizo en la zona central de Málaga dejando una isla de B1 entre ambas áreas. No hay razones obvias que expliquen la sustitución de un B por otro. Se propuso un modelo cíclico para la evolución de los cromosomas B de E. plorans que sostiene que coadaptación y evolución de genes supresores en el complemento A eliminaría el mecanismo de acumulación de los B. El sistema alcanzaría un estado cercano a la neutralidad hasta que una nueva variante recupere el mecanismo de acumulación y todo el proceso comenzaría nuevamente. Este modelo sugeriría que factores preexistentes en el genoma A podrían favorecer o no a un determinado tipo de B. Si esto es cierto, entonces debería existir alguna diferenciación genética en E. plorans entre las regiones donde predominan diferentes variantes de B. En este trabajo se analizaron los patrones de restricción del ADNmt de E. plorans como marcador para detectar diferenciación genética entre poblaciones que difieren en el tipo de cromosoma B. Se analizaron 197 individuos provenientes de 12 poblaciones que comprenden el área en estudio. La digestión del ADN mitocondrial de E. plorans con nueve enzimas de restricción reveló una baja variabilidad. Solamente EcoRI produjo tres patrones diferentes, denominados morfo I, II y III. En los demos del área central está presente el B1 y el morfo II del ADNmt. Al sudoeste del área central, los demos vecinos muestran una zona híbrida entre el B1 y el B5 y entre los morfos I y II. Sin embargo, el morfo I presenta una amplia distribución en el área de estudio y en algunos casos es predominante o es el único encontrado en las poblaciones donde existen otros tipos de Bs. Considerando al ADNmt como un marcador no relacionado con los Bs, deberían existir ciertas diferencias entre la distribución del ADNmt y las áreas definidas por los cromosomas B. Sin embargo, estos resultados sugieren que la evolución de los cromosomas B en E. plorans no sería independiente del genoma básico y que la sustitución de un B por otro podría estar acompañada en algunos demos por cambios en el complemento extracromosómico, en contraposición a lo que sucede en D. elongatus, donde la distribución de las variantes heterocromáticas no puede ser explicada a través de marcadores supuestamente neutros como el ADNmt.

Abstract:
The orthopteran insects offer excellent opportunities to study many aspects of the population genetics, such as genetic divergence, gene flow, introgression, natural selection and adaptation. The study of parallel evolution among nuclear DNA, extrachromosomic DNA (mitochondrial DNA) and B chromosomes allow evaluating the relative importance of the different evolutive forces on the genetic and chromosomal variability. Among insects, Dichroplus elongatus and Eyprepocnemis plorans are excellent models for these studies because stable polymorphisms for B chromosomes were detected in natural populations of these species. However, the maintenance of these chromosomes differs between these Species. While in E. plorans the maintenance of B chromosomes is explained by a “near neutral” model, in D. elongatus the previous results suggest a possible selective effect. D. elongatus is a phytophagous grasshopper widely distributed in Argentina. Some Argentinean populations exhibit parallel polymorphisms for B chromosome and supernumerary segments in chromosomes S10 (SS10), S9 (SS9) and M6 (SS6). In populations of Tucumán province, the polymorphisms for B chromosomes would affect the quiasma conditions and fertility of the carriers. Besides, an interaction among the different forms of supernumerary heterochromatin was detected. This interaction may affect the random distribution of these polymorphisms. Simultaneous isoenzymatic and citogenetic studies revealed that B’s and two loci are associated with climatic and geographic variables. These results have opened new questions about the mechanisms of maintenance of the different forms of supernumerary heterochromatin and the relative importance of the different evolutive forces on the genetic differentiation in this species. The genetic variation and phylogeography of D. elongatus was studied at the mitochondrial DNA (mtDNA) level. A total of 171 individuals from Northwest (Las Yungas biogeographic province) and East (Espinal and Pampeana biogeographic provinces) Argentinean populations were analyzed using restriction fragment length polymorphism (RFLP). With 10 restriction endonucleases, 59 mtDNA fragments were generated. Polymorphisms for HindIII, HaeIII and HinfI were found. The number of substitutions per site between pairs of haplotypes ranged from 0.65 to 3.84 per cent. The Neighbor-Joining phenogram (using the number of nucleotide substitutions per site) yielded two main groups; one clusters together the private haplotypes of the East region and the other the private haplotypes of the Northwest. Phylogenetic consensus unrooted tree among mtDNA haplotypes allowed us to propose the ancestral haplotype. This haplotype occupies the central position of the network. Three groups of haplotypes would have derived from the ancestral one. The UPGMA dendrogram from nucleotide divergence among populations showed that populations are roughly grouped according to their geographic distribution. There was a significant heterogeneity of the mtDNA distribution when populations from the East and Northwest regions were compared. In the East region, homogeneity was observed among populations from “Espinal” province, but significant differences were detected within “Pampeana” province. Heterogeneity was also observed between different borders of “Las Yungas” province (Northwest region). The distribution patterns of mtDNA variation observed in D. elongatus may be explained by isolation by distance when referring to the main biogeographic provinces. In “Las Yungas” and “Pampeana” provinces ecological factors seem to have contributed to the genetic differentiation among populations. The patterns of rDNA variation were analysed in the same natural populations of D. elongatus. The results were compared with those obtained from mtDNA data. The relative importance of different evolutive forces and the concerted evolution were considered to discuses the observed distribution. A total of 156 individuals from 13 populations were analyzed using RFLP. The 0.8kb cloned sequence from a 26s nontranscribed Spacer (NTS) from the Caledia captiva rDNA was used as probe. A total of 21 restriction fragments were obtained by simple digestion with five enzymes (BamHI, EcoRI, PstI, HindIII and XbaI). All the enzymes, except BamHI, exhibit intra and interpopulation variation. PstI revealed three restriction fragments and five patterns wider distributed. HindIII digestions showed five restriction fragments and 10 patterns, some of them were private of Las Yungas. XbaI digestions revealed two fragments, one of them polymorphic. EcoRI produced the greatest number of bands and the smallest fragments. The intra and interpopulation variation was analyzed by two distance indices: i) Lynch (1990) using presence and absence of bands and ii) Hedrich (1983) using band intensities. The highest values of intraindividual and intrapopulation variability were observed in the populations of Las Yungas. Both Neighbor-Joining trees are very similar and yield two main groups: one clusters together some populations of Pampeana province, the two southeastern populations of Las Yungas and one population of Espinal. The other clusters together the remained populations of Pampeana and Espinal provinces. An interesting point is the high genetic distance between the two northwestern populations of Las Yungas and the high differentiation of both populations from the remaining ones. The high level of intraindivual, intra and interpopulation variation would imply that the mechanisms of concerted evolution are not efficient in this species. The rDNA distribution does not agree with the mtDNA distribution, suggesting that genetic drift and migration could not explain the detected rDNA variability. Similarly to supernumerary heterochromatin, these results suggest that adaptive factors may affect the supernumerary heterochromatin and rDNA variation limiting the effects of stochastic factors. The grasshopper E. plorans shows a very complex polymorphism for B chromosomes distributed along the Mediterranean coasts in the Iberian Peninsula. There are more than 40 different B chromosome described variants, which are originated not only from recombination but also from high mutation rate. The number of B types predominant in natural populations of E. plorans is comparatively low but it is remarkable the fact that they dominate in different regions along the southern coast of Spain. It has been proposed that the original type, B1 was replaced by B2 in the Granada province and eastern Málaga, B5 did the same in central Málaga, leaving a relict “island” of B1 between those two areas. There are no obvious reasons that explain the substitution of one B by other. A cycle model to the B chromosome evolution in E. plorans was proposed. Co-adaptation and suppressor genes’ evolution in A chromosome neutralizes the B drive. The system would become inn a “near neutral” status until a new variant recovers the accumulation mechanism and the whole process starts over. This model implies that pre-existing factors in the genome may or may not favor a given B. If it were true, then in E. plorans some genetic differentiation should exist among the regions where different B variants predominate. We analyzed the restriction patterns of mtDNA of E. plorans as a marker for detecting any genetic differentiation among populations that differ in the B chromosomes. A total of 197 individuals from 12 populations that encircle the studied area were analyzed. The digestion of the mtDNA of E. plorans with 9 restriction enzymes revealed a low variability as only EcoRI produced 3 distinguishable patterns named morphs I, II and III. The demes from the central area show the B1 type and also the morph II of mtDNA. In the southwestern neighboring demes, a hybrid zone is shown between B1 and B5 types and between morph I and II of mtDNA. However, the morph I had a wider distribution and is predominant of even the only one found in most other samples where other B’s exist. Taking into account that mtDNA is a marker nonrelated with B’s, some differences should be expected between mtDNA distribution and the B-defined areas. However, the present results suggest that the evolution of B chromosomes of E. plorans was not independent from the basic genome and the substitution of one B by other, in some demes, might be accompanied by changes in the mtDNA. In contrast, in D. elongatus neutral markers as mtDNA may not explain the distribution of heterochromatin variants.

* A este resumen le pueden faltar caracteres especiales. Consulte la versión completa en el documento en formato PDF

Registro:
Título : Análisis de los polimorfismos para el largo de los fragmentos de restricción de ADN en Dichroplus elongatus y Eyprepocnemis plorans (Orthoptera) y su relación con la evolución de los cromosomas B     =    Restriction fragment length polymorphisms of DNA analysis in Dichroplus elongatus y Eyprepocnemis plorans (Orthoptera) and its relation with B chromosome evolution
Autor : Clemente, Marina
Director : Vilardi, Juan César
Año : 1999
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Ciencias Biológicas. Laboratorio de Genética de Poblaciones
Grado obtenido : Doctor en Ciencias Biológicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_3186_Clemente
Idioma : Español
Area Temática : Biología / Evolución
Biología / Genética de Poblaciones
Palabras claves : CROMOSOMAS; ADNMT; ADNR; RFLP; FILOGEOGRAFIA; EVOLUCION; COADAPTACION A-B; ORTOPTEROS; CHROMOSOME; MTDNA; RDNA; RFLP; PHYLOFEOGRAPHY; EVOLUTION; A-B COADAPTATION; ORTHOPTERA
URL al Documento : 
URL al Registro : 
hola chau _gs.DocumentHeader_ chau2 _documentheader_ chau3
Estadísticas:
     http://digital.bl.fcen.uba.ar
Biblioteca Central Dr. Luis Federico Leloir - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Universidad de Buenos Aires
Intendente Güiraldes 2160 - Ciudad Universitaria - Pabellón II - C1428EGA - Tel. (54 11) 4789-9293 int 34